采油螺杆泵刚柔螺旋曲面多场耦合研究

发布时间：2020-03-27 22:25

【摘要】：采油螺杆泵是一种新兴的人工举升设备。目前采油螺杆泵的应用范围还有诸多限制,如何提高螺杆泵的泵效和举升能力是目前急需解决的技术难题。本文在国家自然科学基金项目(11502051)的资助下,对采油螺杆泵刚柔螺旋曲面进行周期性的接触密封、开合的动力学研究。研究多场耦合作用下采油螺杆泵定子的温度场规律,通过改变螺杆泵模型相关参数,分析各参数对螺杆泵定子变形及温度场的影响规律。根据单螺杆泵型线方程,对不同结构参数的单螺杆泵三维模型进行参数化构建。采用ICEM CFD软件进行六面体单元参数化网格划分。分析单螺杆泵运动学规律并考虑双重材料非线性,通过接触对的建立和边界条件的施加,建立采油螺杆泵三维有限元分析模型。随着单元尺寸的减小和定转子间过盈量的增加,螺杆泵定子变形不断增加,据此确定单螺杆泵有限元模型的单元尺寸和过盈量。从空间位置看,转子载荷施加位置的定子内表面直线段变形最大,定转子半圆形接触带应力最大,定转子侧面接触带接触压力最大;从时间历程看,定子内表面在下一时刻与转子发生接触位置变形最大,转子转动过程中,定子直线段变形大、持续时间长,半圆段的相互作用力更大、变化更加剧烈。与常规螺杆泵相比,等壁厚螺杆泵定子变形更小,定转子间的相互作用力分布更均匀,等壁厚螺杆泵定子的变形响应速度加快。多场耦合作用下,过盈量、摩擦系数、损耗因子、转速会影响定子衬套温度场。极端条件下下考虑单一热源影响,常规螺杆泵定转子间过盈量临界点为0.27mm,等壁厚螺杆泵定转子间过盈量临界点为0.276mm;常规螺杆泵定转子间摩擦系数临界点为0.55,等壁厚螺杆泵定转子间摩擦系数临界点为0.528。过盈量、损耗因子和螺杆转速共同影响滞后生热,过盈量0.5mm、损耗因子小于0.5和过盈量小于0.5mm时,螺杆泵可正常工作;极端条件下,避免定子被烧坏的前提下为了获得更高的螺杆转速临界点,可通过采用较低损耗因子的定子橡胶来实现。
【图文】：

单螺杆泵定子衬套图

单螺杆泵螺杆图
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE933.3

【参考文献】

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本文编号：2603474